Введение
Контрольная работа по курсу «Водоснабжение и водоотведение» относится к числу первых, выполняемых студентами по специальным дисциплинам. Цель работы состоит в том, чтобы привить студентам навыки самостоятельного решения задач, встречающихся в практике инженера-строителя. Выполняя контрольную работу, студенты используют знания, приобретенные при изучения курса «Гидравлика», реализуют их на практике, что является важнейшим условием стимулирования познавательной деятельности.
Задача контрольной работы состоит в выполнении некоторых часто встречающихся гидравлических расчётов напорного трубопровода и подборе насосной установки.
СОДЕРЖАНИЕ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Контрольная работа по курсу включает в себя:
1) выбор экономичных диаметров трубопроводов, подводящих жидкость к потребителям и магистрального трубопровода.
2) определение потерь напора по участкам и в системе в целом.
3) построение характеристик отдельных ветвей трубопровода и системы в целом.
|
|
4) подбор центробежного насоса и совмещение характеристик насоса и системы трубопровода (нахождение рабочей точки).
5) определение допустимой геометрической высоты всасывания.
Пояснительная записка к курсовой работе должна быть выполнена на стандартных листах (формат № II), либо в отдельной тетради, расчетно-графические материалы на миллиметровой бумаге.
Объем пояснительной записки 10-15 листов.
При использовании литературных источников, обязательно давать список литературы, давая полное наименование и все библиографические сведения.
2. ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДОВ
Одной из главных задач гидравлического расчета трубопроводов является определение напора, скорости и некоторых других величин при заданных условиях движения. Для решения многих задач, связанных с расчетом системы трубопроводов, используется уравнение Бернулли:
где Z1 и Z2 – высоты центров тяжести выбранных сечений 1 и 2 над плоскостью отсчета;
пьезометрические высоты в выбранных сечениях;
скорости движения жидкости в м/с;
коэффициенты Кориолиса;
потери напора на участке 1-2.
При расчете открытых русел произвольного сечения широко используется формула Шези:
где С – коэффициент Шези (скоростной множитель);
R – гидравлический радиус;
i – гидравлический уклон.
Коэффициент Шези может быть определен по формуле Павловского:
где n – коэффициент шероховатости, зависящий от состояния стенок трубопровода;
y – показатель степени.
Для 0,1 < R < 3 м
Показатель степени y можно определить по упрощенным формулам:
Коэффициент шероховатости n в зависимости от состояния стенок трубопровода принимается:
|
|
Новые стальные и чугунные трубы – = 0,01
Водопроводные трубы в нормальных условиях эксплуатации – = 0,012
Загрязненные водопроводные трубы – = 0,013-0,014
Значение коэффициента Шези С может быть вычислено из таблицы (1).
Формула Шези (2) может быть представлена в виде:
где hl – потери на трение по длине трубопровода;
Q – расход жидкости;
l – длина трубопровода;
K – расходная характеристика.
Значение расходной характеристики K (в л/с) может быть взято из таблицы 1.
Значение расходной характеристики.
Таблица 1
Условный проход в мм | К | ||
n = 0,0111 | N = 0,0125 | n = 0,0143 | |
40 | 5,306 | 4,666 | 4,083 |
50 | 9,362 | 8,460 | 7,403 |
75 | 28,37 | 24,94 | 21,83 |
100 | 61,11 | 53,72 | 47,01 |
125 | 110,6 | 97,40 | 85,23 |
150 | 180,2 | 158,4 | 138,6 |
175 | 271,8 | 238,9 | 209,0 |
200 | 388,0 | 341,0 | 298,5 |
225 | 531,2 | 467,0 | 408,6 |
250 | 703,5 | 618,5 | 541,2 |
300 | 1144 | 1006 | 880,0 |
350 | 1726 | 1517 | 1327 |
400 | 2464 | 2166 | 1895 |
450 | 3373 | 2965 | 2594 |
500 | 4467 | 3927 | 3436 |
600 | 7264 | 6386 | 5587 |
700 | 10960 | 9632 | 8428 |
750 | 13170 | 11580 | 10130 |
800 | 15640 | 13750 | 12030 |
900 | 21420 | 18830 | 16470 |
1000 | 28360 | 24930 | 21820 |
Формула Шези (2) и получаемая из нее формула (7) соответствует условиям вполне шероховатой (квадратичной) зоны движения, когда сопротивление по длине не зависит от числа Рейнольдса.
Общей формулой при расчете трубопроводов, работающих в области как ламинарного, так и турбулентного режимов течения является формула Дарси:
где λ – коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси).
Формулы (2) и (7) могут быть получены как следствие формулы (8).
Значение коэффициента гидравлического трения λ могут быть взяты по графикам Никурадзе [1] или Мурина [1,2], или определены по формулам в зависимости от зоны движения.
Зона 1 – ламинарный режим движения Re < 2320.
- формула Пуазейля
Число Рейнольдса
где ν – кинематический коэффициент вязкости.
Зона 2 – турбулентный режим течения в гидравлически гладких трубах (зона гидравлически гладких труб)
где ∆э – эквивалентная шероховатость трубопровода [2].
- формула Блазиуса.
Зона 3 – переходная область от турбулентного движения жидкости по гидравлически гладким трубам к турбулентному движению по гидравлически шероховатым трубам
- формула Альтщуля.
Зона 4 – турбулентный режим движения в шероховатых трубах (квадратичное сопротивление)
- формула Мурина
Для определения коэффициента гидравлического трения имеется ряд обобщенных формул, действительных для всех областей турбулентного режима течения. Широко используется формула Кольбрука:
Значения эквивалентной шероховатости могут быть взяты из [2] или по
таблице 2.
Значения эквивалентной шероховатости.
Таблица 2
№ п/п | Материал и состояние труб | ∆э, мм |
1 | Из стекла и цветных металлов, новые | 0,001 - 0,002 |
2 | Стальные бесшовные, новые | 0,01 – 0,02 |
3 | Стальные сварные, новые | 0,03 – 0,10 |
4 | Стальные сварные, умеренно заржавевшие | 0,30 – 0,70 |
5 | Чугунные, новые | 0,20 – 0,50 |
Потери напора в трубопроводах откладываются из потерь по длине hl и потерь в местных сопротивлениях hм.
Потери в местных сопротивлениях определятся по формуле Вейсбаха:
где ζм – коэффициент местного сопротивления.
Значение коэффициентов местных сопротивлений могут быть взяты из справочников и учебников по гидравлике, например из [1,2].